JPH0322439A - 半導体集積回路装置の製造方法 - Google Patents

半導体集積回路装置の製造方法

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JPH0322439A
JPH0322439A JP1155818A JP15581889A JPH0322439A JP H0322439 A JPH0322439 A JP H0322439A JP 1155818 A JP1155818 A JP 1155818A JP 15581889 A JP15581889 A JP 15581889A JP H0322439 A JPH0322439 A JP H0322439A
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film
semiconductor layer
region
polycrystalline semiconductor
oxidation
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JP1155818A
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Shiro Iwamura
岩村 志郎
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Oki Electric Industry Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) この発明は、高集積でかつ高速動作が可能な半導体集積
回路装置の製造方法に関するものである。
(従来の技術) 半導体集積回路装置の用途として特に高速動作性を必要
とする分野では、一般にECL/CML系のハイボーラ
型半導体集積回路装置が用いられている。ECL/CM
L系回路装置において、消費電力,論理振幅を一定とし
た場合、回路装置を構威する素子や配線の寄生容量およ
びトランジスタのベース抵抗ならびに利得帯域幅積によ
って動作速度が決定される。このうち、寄生容量の低減
には、特に動作速度への寄与が大きいトランジスタのベ
ース・コレクタ間の接合容量を低減することが必要であ
り、このためには、多結晶シリコンを用いてベース電極
を素子領域の外部に引き出し、ベース面積を縮小するこ
とが有効である。また、多結晶シリコン抵抗および金属
配線を厚い分離酸化膜上に形成して、これらの寄生容量
を低減する方法が一般に採用されている。
一方、ベース抵抗の低減には、不活性ヘース層を低抵抗
化して可能な限り工くツタに近接させると共に、エミッ
タを細くしてエミッタ直下の活性ベース層の抵抗を減少
させることが必要である。
又、利得帯域幅積の向上には、エミッタおよびベース接
合を浅接合化すると共にコレクタ領域のエビタキシャル
層を薄くすることが有効である。
これら事項を実現することを目的とした従来技術として
、本発明者が先に提案したダブルボリシリコン構造を用
いたバイポーラトランジスタの製造方法を第2図を用い
て説明する。
先ず、第2図(A)に示すように、P一型半導体基板2
01にN゛型埋込み拡散層202を形成したのち、エビ
タキシャル技術によって半導体基板上にN− 型エビタ
キシャル層203を形成し、このN一型エピタキシャル
N203表面に熱酸化を行い、200〜500人厚のパ
ッド酸化膜204を形成する。そして、その上に、約2
000人厚の第1シリコン窒化膜205、約3000人
厚の第1多結晶シリコン膜206および約2000人厚
の第2シリコン窒化膜207を連続して形或する。
次に、公知のホトリソグラフイ技術を用いて第2シリコ
ン窒化膜207上に図示しないレジストパターンを形成
し、それをマスクとして第2シリコン窒化膜207.第
1多結晶シリコン膜206第1シリコン窒化膜205及
びパッド酸化膜204を連続してエッチングしたのち、
第2.第1シリコン窒化膜207,205及びパッド酸
化膜204をマスクとしてN−型エピタキシャル層20
3を選択エッチングして、第2図(B)に示すように、
後の素子分離酸化膜を形成すべき位置に溝208を形成
する。この時、溝208は一部パッド酸化膜204の下
にアンダーエッチングされ、同時に第1多結晶シリコン
膜206もサイドエッチされることになる。即ち、溝2
08の側面上端部と第1多結晶シリコン膜206の側面
部の位置が同等となる。また、この溝形或により、N一
型エピタキシャル層203には、図示の第1の島領域2
03aと、図示されない第2の島領域が形成される。
その後、この様な半導体基板を熱酸化して、溝208部
分にシリコン酸化膜層からなる厚い素子分離酸化膜21
0を第2図(c)に示すように形或する。この時、同時
に第1多結晶シリコン膜206も酸化され多結晶シリコ
ン酸化膜209が形成される。
次に、第2図(D)に示すように、リン酸のような窒化
膜を選択的に溶解する溶液に浸すことにより第2シリコ
ン窒化膜207を取り除いたのち、フッ酸系溶液を用い
て多結晶シリコン酸化Ii4209を取り除く。
次に、図示しないが、第2の島領域上の第1多結晶シリ
コン膜206と第1シリコン窒化膜205をホトリソグ
ラフィ技術を用いドライエッチングにより取り除いた後
、引きつづきレジストをマスクにして燐をIQ”cm−
”程度、第2の島領域にイオン注入する。その後レジス
トを除去して熱処理を行うことにより、第2の島Sa域
を、N+型埋込み拡散層202に達するコレクタ抵抗低
減用拡散領域とする。
次に、第2図(E)に示すように、第1の島領域203
a上の第1多結晶シリコン膜206をマスクにして異方
性エッチングを行って、前記第1多結晶シリコン膜20
6に覆われていない領域の第1シリコン窒化膜205を
除去する。続いて酸化膜の異方性エッチングを行って、
同図のように第1の島領域203aの側端部の表面を露
出させる。
この時、酸化膜のエッチング量によって、第1の島領域
203aの表面の露出量が決定される。この露出量が、
後に形成される不活性ベースの寸法となる。
次に、第2図(F)に示すように全面に3000〜50
00人厚の第2多結晶シリコン膜211を形成する。続
いて、ホトリソグラフィ技術を用いて、第1の島領域2
03a上の凸部を取り囲むように平坦化用のレジストパ
ターン218を形成する。続いて再度レジストを塗布し
、レジスト表面を平坦化した後、レジストと多結晶シリ
コンのエッチング速度が等しくなるような条件で、レジ
ストおよび第2,第1多結晶シリコン膜211,206
を、第1シリコン窒化膜205の表面が露出するまでエ
ッチングする。その後、残存レジストを除去する。この
工程により、第2図(G)に示すように第1多結晶シリ
コン膜206はすべて除去され、かつ第2多結晶シリコ
ン膜211は、第1の島領域203aの側端部表面に接
して第1シリコン窒化膜205を除く表面上に残るよう
になる。
次に、第2多結晶シリコン膜211表面を薄く酸化した
後、全面に硼素を1〜5 X 1 0 1scm−”程
度イオン注入し、その後、ホトリソグラフィ・技術を用
いてベース引出し電極領域確定のため、不必要な第2多
結晶シリコン膜241を取り除く。
次に、900゜C〜950゜Cで熱処理を行うことによ
り、第2図(旧に示すように、第2多結晶シリコン膜2
11からの硼素の拡散で第1の島領域203aの側端部
内に不活性ベース領域213を形成し、同時に第2多結
晶シリコン膜211の表面を酸化してl500〜200
0入厚の多結晶シリコン酸化Wi4212を形成する。
次に、リン酸のような窒化膜を選択的に溶解する溶液に
浸すことにより、第1シリコン窒化膜205を取り除く
。その後、第2図(1)に示すように全面にCVD酸化
膜214(cVD酸化膜の代わりにシリコン窒化膜や、
スパッタ法により酸化膜、を形成してもよい)を形成す
る。
次に、異方性エッチングを行い、CVD酸化膜214の
エッチバックを行うことにより、第2図(J)に示すよ
うに、前記第1シリコン窒化膜除去部分の第2多結晶シ
リコン膜211端部および多結晶シリコン酸化膜212
端部に、残存CVD酸化膜214のサイドウォール21
4aを形成する。
その後、該サイドウォール214aで狭められた前記第
1シリコン窒化膜除去部分を通して、硼素を1 〜5 
X 1 0 l″am−”程度、第1の島H’l420
3aにイオン注入した後、900゜C程度の熱処理を行
うことにより、活性ベース領域215を前記第1の島領
域203a内に形成する。
次に、異方性エッチングを行い、露出パッド酸化膜20
4を取り除いたのち、第3多結晶シリコン膜216を全
面に形成する。そして、この第3多結晶シリコン膜21
6の表面を図示しないが薄く酸化した後、この第3多結
晶シリコン膜216に砒素をl016cII1−2程度
イオン往入ずる。その後10 ホトリソグラフィ技術を用いて第3多結晶シリコン膜2
16をエッチングして、第2図(K)に示すように第1
の島領域203a上とその周辺vi域に工ξツタ電極と
して、また図示しないコレクタ抵抗低減用拡散領域上に
コレクタ電極として第3多結晶シリコン膜216を残し
た後、熱処理により第3多結晶シリコン膜216から砒
素を拡散させることにより、前記活性ベース領域215
内に工逅ツタ領域217を形成する。以上で素子が完戒
する。
以上のような方法によれば、分離領域.ベース領域及び
工ξツタ領域の形或が全て自己整合化されているため、
各領域の位置を確定するためのホトリソグラフィ工程が
不要となり、同工程でのマスク合わせ余裕を確保する必
要がなくなり、その結果、ベース面積及びトランジスタ
専有面積を大幅に削減することが可能となり、cTc(
コレクタ容量),CtS(コレクタ・基板間容量)の低
減による高速化に大きな効果がある。
(発明が解決しようとする課題) l1 しかしながら、上記のような先に提案した製造方法では
、第2図(c)に示す多結晶シリコン酸化膜209を除
去する際、素子分離酸化膜210の一部も同時にエッチ
ングされるため、第2図(0)に示すように素子分離酸
化膜210に大きな窪みを発生させるという問題点があ
った。更に上記方法では、素子分離酸化膜210の形成
時に、素子分離酸化膜の端部において酸化膜の盛りあが
り、いわゆるバーズヘッドが発生し、前記大きな窪みの
発生と重なって厳しい段差が形成されるという問題点が
あった。この大きな段差の発生は、金属電極配線層や多
層配線において横切る他の配線層の断線不良や、断線ま
で至らない場合でも段差部での局部的な膜厚減少による
配線信頼性の低下を引き起こすものであり、前記技術に
より実現するトランジスタに性能低下と設計的制約事項
を与える問題点であった。
この発明は、以上述べた素子分離酸化膜に大きな段差が
発生するという問題点を解決し、高性能.高信頼性の半
導体集積回路装置を実現することがl2 できる半導体集積回路装置の製造方法を提供することを
目的とする。
(課題を解決するための手段) この発明では、素子分離酸化膜の形成の前に、半導体基
体に形成した溝の側壁部、および半導体基体島領域上の
第1の多結晶半導体層の側面に第3の耐酸化性膜を形成
する。
(作 用) この発明においては、上記第3の耐酸化性膜を形成した
状態で酸化工程を実施し、素子分離酸化膜を形成するが
、この時、溝の側壁部に前記第3の耐酸化性膜が形成さ
れていることにより、バーズヘッドの発生が回避される
。また、第1の多結晶半導体層の側面に同じく第3の耐
酸化性膜が形成されているので、この第1の多結晶半導
体層部分での多結晶半導体酸化膜の形成が防止され、し
たがって、この多結晶半導体酸化膜の除去工程が省略さ
れ、素子分離酸化膜を同時に一部エッチングしてしまう
ということがなくなる。
(実施例) 以下、この発明の一実施例について第1図を参照して説
明する。
先ず、第1図(A)に示すように、P一型半導体基板1
01にN゛型埋込み拡散層102を形成したのち、半導
体基板上にN一型エピタキシャル層103を形成し、こ
のN一型エピタキシャル層103の表面を熱酸化して第
1パッド酸化膜104を200〜1000人厚に形成し
、その上に第1シリコン窒化膜105を約2000人、
第1多結晶シリコン膜106を約3000人、さらにそ
の上に第2シリコン窒化膜107を約2000人堆積さ
せたのち、ホトリソグラフィ技術とRIB(リアクティ
ブイオンエッチング)法により分離酸化膜を形成すべき
領域の前記第2シリコン窒化膜107,第1多結晶シリ
コン膜106および第1シリコン窒化膜105を順次異
方性エッチングして除去し、続いて同領域の第1パッド
酸化膜104をウエットエッチングして除去する。
次に、第1図(B)に示すように、前記除去部からN一
型エピタキシャル層103に、ウェットエ19 l4 ッチング方式やCF.系ガスによるプラズマエッチ方式
により溝108を形成する。この時、溝108は、サイ
ドエッチングにより第1パッド酸化膜104の下にアン
ダーカット部を有する。また、この時、第1多結晶シリ
コン膜106も同しようにサイドエッチを行なわせる。
したがって、溝10Bの側面上端部と第1多結晶シリコ
ン膜106の側面の位置が概ね同等となる。また、この
サイドエッチによって第1シリコン窒化膜105と第1
パッド酸化膜104および第2シリコン窒化膜107の
端部は「ひさし」となる。また、この溝形成によって、
N一型エピタキシャル層103には第1の島領域103
aと第2の島領域103bが形成されることになる。
次に、「ひさし」下の第1パッド酸化膜104を除去し
たのち、第1図(c)に示すように溝108内壁および
第1多結晶シリコン膜106側面を熱酸化し、それぞれ
第2パッド酸化膜109および第1多結晶シリコン側壁
酸化膜110をたとえば200〜1000入厚に形成し
、さらに第3シリ15 コン窒化膜111をLP(減圧)CVD法またはプラズ
マCVD法を用いてたとえば500〜2000人全面に
堆積させる。これらのCVD法は形成膜のステップカバ
レージが大変優れ・ているため、第1図(c)に示すよ
うに第1シリコン窒化膜105及び第2シリコン窒化膜
107の「ひさし」の陰になる部分まで第3シリコン窒
化膜111で被うことができる。
しかる後、RIE法により、第3シリコン窒化膜111
の異方性エッチングを行う。エッチングは第3シリコン
窒化膜111のエッチングが終了した時点、すなわち第
1図(D)に示すように、溝10Bの底面のみ第2パッ
ド酸化膜109が露出した時点でストップさせる。
この時点で同じく第1図(D)に示すように第1多結晶
シリコン膜106上には第2シリコン窒化膜107が残
り、また、溝10Bの側面には第3シリコン窒化膜11
1が残ることになる。さらに第1多結晶シリコン膜10
6の側面にも第3シリコン窒化膜111が残る。このよ
うな第3シリコl6 ン窒化膜111の選択エッチングは、第1および第2シ
リコン窒化膜105,107の「ひさし」部分をマスク
として、高集積化の妨げとなるマスク合わせ工程を用い
ずに、セルファラインで行うことができる。
その後、第1シリコン窒化膜l05,第2シリコン窒化
膜107および第3シリコン窒化膜111をマスクとし
て酸化処理を行い、第1図(E)に示すように溝部に分
離酸化膜112を形成する。この時、酸化膜は、第3シ
リコン窒化膜111の下側へ戒長してゆく。そして、第
3シリコン窒化膜111は上方へ持ち上げられ、同時に
酸化膜断面形状は垂直に近い形状となる。したがって、
本来の第1,第2の島領域103a,103bには、バ
ーズビークのような酸化膜の侵入はなく、バーズヘッド
のような段差も形成されない。また、第1多結晶シリコ
ン膜106の側面にも第3シリコン窒化膜111が形成
されているため、第1多結晶シリコン膜106は酸化さ
れない。それゆえに、第1.第2の島領域103a,1
03bの側端部と第1多結晶シリコン膜106側面の位
置は分離酸化膜112形成の熱酸化処理の影響を受けず
変化しない。
次に、第1図(F)に示すように、ディープコレクタ領
域となる第2の島領域103b上の第3シリ、コン窒化
膜111,第2シリコン窒化膜1o7.第1多結晶シリ
コン膜l06,第1多結晶シリコン側壁酸化膜110お
よび第1シリコン窒化膜105を写真食割によって全て
除去する。
続いて、第2の島領域103b中に燐をイオン注入して
、熱処理を行うことにより、第1図(G)に示すように
、第2の島領域103bを、N″″型埋込み拡散層10
2に達するコレクタ抵抗低減用ディープコレクタ領域1
13とするとともに、その表面に熱酸化により第1パッ
ド酸化膜104よりも厚いディープコレクタ酸化膜11
4を得る。
次に、前記第1図(G)に示すように、第1の島領域1
03a上の第3シリコン窒化膜111および第2シリコ
ン窒化膜107のすべてと、第1多結晶シリコン側壁酸
化膜110ならびに第1多結17 18 晶シリコン膜106で覆われていない部分の第1シリコ
ン窒化膜105を除去し、第1の島領域103a上に、
第1シリコン窒化ll105および第1多結晶シリコン
膜106からなる島状パターンを形成する。
次に、第1図(H)に示すように、第1の島領域103
a上の前記島状パターンをマスクとして、該島状パター
ンで覆われていない部分の第1パッド酸化膜104およ
び分離酸化膜112の終端部の酸化膜を異方性エッチン
グし、第1の島領域103aの側端部を露出させる。
続いて、第1図(1)に示すように全面に第2多結晶シ
リコン膜115をたとえば2000〜5000人堆積し
たのち、同図に示すように、写真食剣法により島領域1
03a上の凸部を取り囲むように平坦化用のレジストパ
ターン116を形成する。続いて再度レジストを塗布し
、レジスト表面を平坦化した後、レジストと多結晶シリ
コンのエッチング速度が等しくなるような条件で、島領
域103aの凸部の第2多結晶シリコン膜115および
第1l9 多結晶シリコン膜106を異方性エッチングにより第1
シリコン窒化膜105が露出するまでエッチングを行い
、その後残存レジストを除去する。
この工程により、第1図(J)に示すように第1多結晶
シリコン膜106はすべて除去され、かつ第2多結晶シ
リコン膜115は、第1の島領域103a上の側端部表
面に接して該第1の島領域103aから延存するように
残ることになる。
次に、第2多結晶シリコン膜115の表面を薄く酸化し
たのち、この第2多結晶シリコン膜115に対して硼素
をたとえばI〜5 X 1 0 ”cm−”のドズ量で
イオン注入する。続いて、第1図(κ〉に示すように、
写真食刻によりベース引出し電極領域以外の第2多結晶
シリコン膜115を除去する。
次に熱処理を行い、第1図(L)に示すように第1の島
領域103a中に、第2多結晶シリコン膜115からの
硼素の拡散により不活性ベース領域117を形成すると
ともに、熱酸化を行い、第2多結晶シリコン膜115の
表面に多結晶シリコン酸化膜11Bを形成する。
20 次に、第Iの島領域103a上の第1シリコン窒化膜1
05をすべて除去したのち、第1図(M)に示すように
全面にLPCVD法によりCVD酸化II!119を堆
積させる。
次に、第1図(N)に示すように、RIE法によりCV
D酸化膜119のエッチバックを行い、第2多結晶シリ
コン膜115および多結晶シリコン酸化膜118の側面
にCVD酸化膜119のサイドウォール119aを形成
する。このサイドウオール119aにより、第1の島領
域103a上の前記第1シリコン窒化膜105を除去し
た部分においては、該除去による開口部が狭められる。
そして、その狭められた開口部と第1パッド酸化膜10
4を通して第1の島領域103a中に硼素を0.5〜1
×lO14cIII−z程度イオン注入し、900〜9
 5 0 ’Cの温度でアニールを行うことにより、同
第1図(N)に示すように、活性ベース領域120を前
記不活性ベース領域117に延在するように第1の島領
域103a中に形成する。
次に、活性ベース領域120上の第1パッド酸化111
104およびディーブコレクタ酸化膜114を除去した
のち、第1図(0)に示すように全面に第3多結晶シリ
コン膜121をたとえば3000〜5000人堆積させ
る。
続いて、第3多結晶シリコン膜121の表面を200人
程度酸化したのち、この第3多結晶シリコン膜121に
砒素をl Q l 6 crtr − t程度イオン注
入する。その後、写真食刻により第3多結晶シリコン膜
121をエッチングして、第1図(P) に示すように
該第3多結晶シリコン膜121をコレクタ電極としてデ
ィープコレクタ領域113上に残し、かつ工くツタ電極
として第1の島領域103a上の前記第1シリコン窒化
膜除去部分およびその周辺部分に残す。その後、熱処理
を行うことにより、第1の島領域103a上の残存第3
多結晶シリコンlIIl21からの砒素の拡散により同
第1図(P)に示すように工ξツタ領域122を活性ベ
ース領域120中に形成する。以上で素子が完威する。
(発明の効果) 以上詳細に説明したように、この発明の製造方法によれ
ば、素子分離酸化膜の形成前に、半導体基体に形成した
溝の側壁部、および半導体基体島領域上の第1の多結晶
半導体層の側面に第3の耐酸化性膜を形成し、素子分離
酸化膜形成時の多結晶半導体酸化膜とバーズヘッドの形
成を回避できるようにしたので、先に提案した方法での
素子分離酸化股上の大きな段差の形或を阻止することが
できる。その結果、金属電極配線層や多層配線の形成に
おいても断線不良や局部的な膜厚滅少による配線信頼性
の低下を招くことはなく、高歩留りで高信頼性・高性能
な半導体集積回路装置を得ることができる。
更にこの発明によれば、素子分離酸化膜形成時のパター
ン変換差は、半導体基体の溝形或時のエッチング量のみ
で決定されるため、バーズビークが形成される先に提案
した方法に比較して著しく低減され、分H領域の縮小に
よる高集積化へも大きな効果が期待できる。
【図面の簡単な説明】
第1図はこの発明の半導体集積回路装置の製造方法の一
実施例を示す工程断面図、第2図は本発明者が先に提案
した製造方法を示す工程断面図である。 101・・・P一型半導体基板、103・・・N一型エ
ピタキシャル層、l03a・・・第1の島領域、105
・・・第1シリコン窒化膜、106・・・第1多結晶シ
リコン膜、107・・・第2シリコン窒化膜、10B・
・・溝、111・・・第3シリコン窒化膜、112・・
・分離酸化膜、115・・・第2多結晶シリコン膜、1
17・・・不活性ヘース領域、ll8・・・多結晶シリ
コン酸化膜、119・・・CVD酸化膜、119a・・
・サイドウォール、120・・・活性ベース領域、12
1・・・第3多結晶シリコン膜、122・・・エミッタ
領域。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)(a)半導体基体表面の選択された領域に第1の
    耐酸化性膜、第1の多結晶半導体層および第2の耐酸化
    性膜からなる3層膜を形成する工程と、(b)前記半導
    体基体の露出部に、前記第1の耐酸化性膜の下にアンダ
    ーカットを有する溝を形成するとともに、前記第1の多
    結晶半導体層をサイドエッチングし、第1の多結晶半導
    体層側面を後退させる工程と、 (c)前記溝の側壁部および前記第1の多結晶半導体層
    の側面に選択的に第3の耐酸化性膜を形成する工程と、 (d)前記第1ないし第3の耐酸化性膜をマスクとして
    前記半導体基体を選択的に酸化することにより、前記溝
    部に素子分離酸化膜を形成する工程と、 (e)前記第2および第3の耐酸化性膜の全体と、前記
    第1の多結晶半導体層で被覆されていない部分の前記第
    1の耐酸化性膜を除去する工程と、(f)前記素子分離
    酸化膜で囲まれた前記半導体基体の島領域部の上の前記
    第1の多結晶半導体層および第1の耐酸化性膜をマスク
    として、前記島領域の一部が露出するまで前記素子分離
    酸化膜をエッチングする工程とを具備してなる半導体集
    積回路装置の製造方法。
  2. (2)請求項(1)記載の半導体集積回路装置の製造方
    法に加えて、 (a)第2の多結晶半導体層を前記島領域の露出部分に
    接して該島領域から延在するように形成し、かつ島領域
    上の前記第1の多結晶半導体層を除去する工程と、 (b)前記第2の多結晶半導体層に第2導電型の不純物
    を導入し、この第2の多結晶半導体層からの前記第2導
    電型不純物の拡散により、第1導電型の前記島領域の一
    部に第2導電型の不活性ベース領域を形成するとともに
    、第2の多結晶半導体層表面に第1の絶縁膜を形成する
    工程と、 (c)前記島領域上の前記第1の耐酸化性膜を除去した
    後、この除去部分に露出した前記第2の多結晶半導体層
    端部側面およびその上の前記第1の絶縁膜端部側面に第
    2の絶縁膜によるサイドウォールを形成する工程と、 (d)そのサイドウォールで狭められた前記除去部を通
    して前記島領域に第2導電型の不純物を導入し、前記不
    活性ベース領域に延在する活性ベース領域を形成する工
    程と、 (e)前記島領域上の狭められた前記除去部に第1導電
    型不純物ドープの第3の多結晶半導体層を形成し、この
    第3の多結晶半導体層からの前記第1導電型不純物の拡
    散により、第1導電型のエミッタ領域を前記第2導電型
    の活性ベース領域内に形成する工程とを具備することを
    特徴とする半導体集積回路装置の製造方法。
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